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設(shè)備與工具未來，在建筑物內(nèi)最危險的滅火行動中，消防隊是否會被飛行機器人取代？根據(jù)日本的一項研究，相關(guān)研究正朝著這個方向發(fā)展，探索使攜帶消防車和噴嘴的機器人裝置升空的技術(shù)。
目前，機器人消防應(yīng)急管理方法主要面臨兩個挑戰(zhàn)。第一個挑戰(zhàn)是，在未來，專為建筑物滅火設(shè)計的機器人將以越來越快的速度和越來越精確的方式滅火；第二個挑戰(zhàn)是，在最危險的行動中，機器人將接替消防員的工作，例如，使他們遠離被困在發(fā)生火災(zāi)的場所的結(jié)構(gòu)坍塌中并吸入內(nèi)部有毒氣體的危險。
在過去的二十年里，機器人工程開發(fā)了多種滅火解決方案。其中有一種 "蛇形消防員 "的原型，它是一個像纜繩一樣的機器人，在水壓的引導(dǎo)下爬行。安娜-孔達（Anna Konda）--這是她的名字--是由一個挪威團隊于 2008 年設(shè)計的，旨在撲滅包括隧道在內(nèi)的狹小空間內(nèi)的火災(zāi)。十一年后（即 2019 年），Colossus 誕生了，這是一種配備噴水裝置的履帶式移動機器人，可以遠距離控制，能夠在凹凸不平的地形上移動。以上只是眾多例子中的兩個。
提要
日本的一組研究人員設(shè)計出了一種空中消防機器人，它與前代機器人完全不同，也與無人機完全不同，能夠在空中翱翔，并通過各種類型和規(guī)模的建筑物的窗戶引入水管。
研發(fā)的消防機器人的結(jié)構(gòu)類似于一條龍，其身體由一根長長的柔性水管組成，中間和末端各有一個噴嘴裝置，另外還有一個帶廣角鏡頭的攝像頭和一個熱像儀。
在未來，可以想象的場景包括成隊的飛行消防機器人，它們不僅能在各種室內(nèi)環(huán)境中滅火，還能在發(fā)生地震和其他自然災(zāi)害時拯救生命。
制造消防機器人：從地面干預(yù)到空中干預(yù)
近年來，無人機也被用于滅火，尤其是撲滅森林火災(zāi)。一些公司甚至開發(fā)了無人機，用于撲滅超高建筑中的火焰。然而，正如 2023 年 12 月 23 日發(fā)表在《機器人學(xué)與人工智能前沿》（Frontiers in Robotics and AI）雜志上的研究報告《可遠程控制的 4 米長空中軟管型滅火機器人的開發(fā)》（Development of a remotely controllable 4 m long aerial-hose-type firefighting robot）的作者指出的那樣，尤其是在房間狹窄的情況下，飛機上連接的水管可能會干擾室內(nèi)的物體，產(chǎn)生可怕的 "阻力效應(yīng)"。
在這篇文章中，來自日本秋田、東北和大阪大學(xué)的研究小組特別介紹了他們?nèi)绾螌⒂糜诮ㄖ餃缁鸬臋C器人的特點與用于滅火的無人機的特點結(jié)合起來，設(shè)計出一種能夠飛行的機器，并能輕松地將水管引入任何類型和大小的建筑物，以盡可能快速、安全地滅火。讓我們一起來看看這到底是怎么回事。
Dragon飛行消防員的工作原理
在樓宇消防機器人方面，日本研究人員的工作重點是制造一種飛行器，它的身體修長、輕巧、靈活，可以在任何物理空間中輕松移動。
不過，與過去的消防機器人和無人機相比，這種飛行消防員的水管必須具備這樣的特性，即可以利用分布在其整個結(jié)構(gòu)中的噴嘴組進行操控，從而使其能夠準確地通過建筑物的窗戶潑水。其次，機器人必須能夠以足夠的推力升空，以支撐消防車的全部負荷。
就這樣，帶有移動底座的空中滅火機器人研制成功了，它被稱為 "龍消防員"，是一個長 3.6 米的 "龍消防員"，由一條配備兩個噴嘴裝置（一個在中間，一個在頭部）的長水管、一個帶廣角鏡頭的攝像機和一個熱成像攝像機組成。后兩個裝置特別用于確定火災(zāi)的確切位置，以便直接向火源供水。
最近，"Dragon"在 "ImPACT 強悍機器人挑戰(zhàn)賽 "上進行了小規(guī)模滅火演示測試，燃燒面積約為 3.27 平方米。
"Dragon"在模擬火災(zāi)中飛過 1.5 米高的縫隙（相當于窗框），撲滅窗外的火焰。研究小組指出："盡管測試顯示了所開發(fā)機器人的潛力，但該系統(tǒng)還不夠完善，因為它缺乏遠程操作和控制。
樓宇滅火機器人：遠程操作正在研究中
說到樓宇滅火機器人，日本研究人員設(shè)計的系統(tǒng)可以進行遠程操作和管理，因此操作人員只需操作一系列自動裝置，就可以在任何地點對火焰進行干預(yù)。他們特別指出：
他們特別指出："通過啟動噴嘴裝置的適當姿態(tài)，Dragon FireFighter 可以實現(xiàn)不同的優(yōu)化性能。例如，在演示過程中，當噴嘴位置在飛行過程中為零時，龍形機器人的表現(xiàn)更好"。
不過，未來該團隊計劃修改飛龍的身體形狀，以便根據(jù)機器人頭部所需的噴嘴位置，實現(xiàn)中央噴嘴的最佳位置。
另一個問題涉及飛行裝置的調(diào)整，最終必須使用 "更先進的控制器來抑制飛龍身體的擺動，取代其被動裝置"。
作者解釋說，"問題的關(guān)鍵在于，'被動阻尼'裝置能有效穩(wěn)定飛行，但其調(diào)整非常耗時。另一方面，為了加快速度，我們發(fā)現(xiàn)流水和干擾抑制控制器都能夠抑制較高的模態(tài)振蕩。
未來研究
與地面機器人和無人機不同，"龍消防員 "系統(tǒng)只是飛行機器人的早期模型，設(shè)計用于建筑物內(nèi)的消防作業(yè)。因此，它的結(jié)構(gòu)和功能都有待改進。
例如，據(jù)觀察，水管主體的物理特性會隨著熱條件的變化而改變。以至于在 ImPACT 強悍機器人挑戰(zhàn)賽的消防演示中，即使控制方式相同，消防員龍也無法在保持實驗室測試時的形態(tài)的情況下升空。
研究小組認為，這一現(xiàn)象與演示前的漫長等待時間內(nèi)陽光直射導(dǎo)致管子材料過熱有關(guān)。其結(jié)果是管體發(fā)生塑性變形，進而改變了其物理特性。研究小組總結(jié)說，今后應(yīng)選擇對溫度不太敏感的材料來解決這一問題。
樓宇消防機器人：對可能出現(xiàn)的情況的預(yù)測
二十年后，類似上述的飛行機器人系統(tǒng)將出現(xiàn)在著火的建筑物附近進行滅火，它不會取代消防隊等專業(yè)人員，而是保護他們遠離危險，使他們的工作量更加精簡和靈活。這就是我們的目標。
今天，我們可以預(yù)見到 2024 年的未來情景，我們可以想象成飛行消防機器人艦隊，在最多樣化的室內(nèi)環(huán)境中滅火，而在這些環(huán)境中，由于明顯的結(jié)構(gòu)特點，無人機是無法進入的。
除了滅火主題，我們還想到了其他類型的緊急情況和災(zāi)難，包括地震，以及能夠進行遠程管理干預(yù)以拯救生命的飛行機器人。
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